JP4053212B2 - カラー画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変調手段であるライトバルブ１枚でカラー表示を行う画像表示装置、あるいは投写型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在大型映像市場の主力である液晶プロジェクターとは液晶パネル（ライトバルブ）の画像を光源ランプと集光・投写レンズを用いてスクリーン上に拡大、結像させるものである。現在実用化されている方式は３板式と単板式の大きく２つに分けることが出来る。
【０００３】
前者の３板式液晶プロジェクターは白色光源からの光を色分解光学系により赤緑青の３原色の色光に分光した後、それらの光を３枚のモノクロ液晶パネルにより変調し、３原色の画像を形成する。これらの画像は色合成光学系で合成されて１つの投写レンズでスクリーン上に投写される。この方式はランプの全スペクトルを利用できるため光利用率は高いが３枚の液晶パネル、色分解色合成光学系、液晶パネル間のコンバージェンス調整機構を必要とするため比較的高価である。
【０００４】
これに対し従来の単板式液晶プロジェクターはモザイク状のカラーフィルター付き液晶パネルを単純にスクリーンに拡大投写するだけなのでコンパクトで低価格である。しかしながらこの方式では光源からの白色光のうち、色選択手段であるカラーフィルターにおいて不要な色光を吸収することによって所望の色を得ているため液晶パネルに入射した白色光は１／３以下しか透過せず光利用率が低い。光源を明るくすることは表示画像の明るさを向上させる１つの方法であるがカラーフィルターの光吸収による発熱及び耐光性に対する問題が残されており、高輝度化を図る上で大きな障害となっている。
【０００５】
近年この単板式においてカラーフィルターに依る光ロスをなくす手段としてカラーフィルターの代わりにダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイによって光利用率を高めた新しい構成が提案され、商品化もなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここでダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイを用いた高効率単板型について説明する。図１５は従来例の構成図、図１６はライトバルブ詳細図である。投写型画像装置１００は光源部１０１からの白色光をライトバルブ１０２有効域上に照射する照明装置１０３と、照明装置１０３からの白色光を赤反射ダイクロイックミラー１０４、緑反射ダイクロイックミラー１０５、全反射ミラー１０６に斜めに入射せしめることで赤、緑、青の３原色を水平方向に分解後ライトバルブ１０２有効域上に導く色分解光学系１０７、１つの素子で赤、緑、青の各色光に対する入力信号に対しそれぞれ独立して入射光を変調できる各色用画素を水平方向に配列してからなる透過型ライトバルブ１０２と、投写レンズ１０８とからなっている。
【０００７】
光源１０１から射出された白色光は照明装置１０３により色分解光学系１０７に導かれる。ここに入射した光のうち赤色光は入射光に対し斜めに設けられた赤反射ダイクロイックミラー１０４により反射され光軸１０９上を進む。赤反射ダイクロイックミラー１０４を透過した光のうち緑色光は入射光に対し斜めに設けられた緑反射ダイクロイックミラー１０５により反射され光軸１１０上を進み、ここを透過した青色光は反射ミラー１０６に入射後反射せしめられ光軸１１１上を進む。コンデンサーレンズ１１２を透過した光軸１０９上の赤色光，光軸１１０上の緑色光、光軸１１１上の青色光は透過型ライトバルブ１０２に至る。
【０００８】
透過型ライトバルブ１０２の入射面側には偏光子である入射側偏光板１１３が設けられており入射光のうち、任意の偏光方向の光のみがここを透過する。透過光は水平方向に赤色用画素開口１１４、緑色用画素開口１１５、青色用画素開口１１６の幅に相当する大きさからなるマイクロレンズ１１７の集合体であるマイクロレンズアレイ１１８に入射する。ここに入射した光軸１０９を進み入射角θ１をもって斜めに前記マイクロレンズ１１７に入射した赤色光は赤色用画素開口１１４に集光せしめられ、光軸１１０を進み主光線が正面から前記マイクロレンズ１１７に入射した緑色光は緑色用画素開口１１５に集光せしめられ、光軸１１１を進み赤色光とは逆方向から入射角θ１をもって斜めに前記マイクロレンズ１１７に入射した青色光は赤色用画素開口１１６に集光せしめられる。ここを透過した光は透過型ライトバルブ１０２の出射面に設けられた出射側偏光板１１９に入射する。
【０００９】
この出射側偏光板１１９は偏光軸が入射側偏光板１１３と直交していることから、白表示されるべき画素部においては液晶層において偏光方向がおよそ９０度変換されることからここを透過して投写レンズ１０８に至る。黒表示されるべき画素部においては液晶層において偏光方向が変換されないことからここで吸収されて投写レンズ１０８に至らず黒表示となる。この偏光方向の変換を画素単位で行い画像表示を行っている。
【００１０】
このように光利用率を高めた新しい構成の単板方式では光源からの光を無駄にすることなく３板方式に近い高光利用効率を実現することが出来る。
【００１１】
しかしながらこの構成においてマイクロレンズから画素開口への絞り角の半角をθ２、赤または青光の主光線が画素開口に入射する入射角をθ３とすると投写レンズ要求されるＦナンバーは１／（２ｓｉｎ（θ２＋θ３））より小さく、明るいレンズが求められる。（実際にはＦ１．０〜Ｆ１．５）
これにより単板方式として表示デバイスは１枚となっても投写レンズの大型化、高コスト化が発生し、３板式に対する優位性が明確でないのが実状である。
【００１２】
さらには光源からの色光を各色光毎に対応した画素に導くため、高解像度を実現するに画像表示パネルには必要解像度の３倍の解像度が要求され、高コスト化を招き、透過型ライトバルブを用いた場合は透過率が低下してしまう。さらには解像度が低い場合や大きく拡大した画像においては赤緑青の色が分離して見えてしまいコンバージェンスのずれたような画質劣化を招いてしまう。
【００１３】
この課題解決について特開平４−３１６２９６号公報が提案を行っているので以下説明する。この表示装置は図１７にあるように白色光を発する光源部１２０と、光源からの光を赤、緑、青の各色光に分解する色分解光学系１２１と色分解光学系部からの光を帯状に形成する３つの方形の開口部を持つ開口板からなる照明部１２２と、照明部からの異なる色光を単一ライトバルブ１２３（表示パネル）上にそれぞれ走査せしめる走査光学系１２４、各色光で照明した単一ライトバルブ上の各部分をアドレスして、当該部分が当該色光に応じた情報を提供すると共に当該色光を当該情報により変調するライトバルブ駆動回路１２５（図にはない）を備えている。
【００１４】
前記照明部の色分解光学系１２２は図１８にあるように、ダイクロイックミラーと反射ミラーからなっており、光源からの白色光を赤、緑、青の色光として隣接した形で出射する。また、前記走査光学系１２４はライトバルブ１２３を横切って照明の帯域を移動せしめる。ある色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域の最上端を越えて通過すると、その色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域の最下端に再び現れる。従って、ライトバルブ１２３有効域の全域のわたって赤、緑、青各色光の連続走査が可能となる。
【００１５】
各色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域上の所定の画素群を通過するに当たり、その行はその色光に対する適切な情報によってアドレスされている。これはライトバルブの各行が表示すべき映像信号の各フィールド毎に３回アドレスされることを意味する。個別の行にそれぞれ書き込む情報は表示すべき画像のその部分の色情報に応じたものになっている。
【００１６】
前記ライトバルブ１２３からの光は投写レンズ１２５によって拡大投写されることから、図にはないスクリーン１２６上に拡大画像を提供する。
【００１７】
このように構成することで白色光源からの光をほぼ３原色として損失なく使えることから光利用効率を高く出来ると共に、ライトバルブ上の同一画素で赤緑青表示が出来ることから、先に示した先行例にあった色ずれもなく高画質映像を提供すると言うものである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
以上に示した構成においては、照明部からの各色光は前記４面プリズムへ入射面と出射面を透過するがこのとき光束は絞られないことから前記４面プリズムの端部有効部の大きさを小さくできないことによりプリズムは大きく、重くなる。
【００１９】
またこれを回動せしめる強力なモーターを必要とすることからセットの大型化、高価格化を招く。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明による第１のカラー画像表示装置は赤、緑、青の各色光をそれぞれ射出する光源部と、前記光源部からの光が入射し前記各色光をそれぞれ集光する第１の光学手段と、第１の光学手段を射出した前記各色光がそれぞれスポット状に集光された状態で入射し、反射する際に前記各色光を走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの前記各色光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、
前記第２の光学手段は、入射光の入射角度によって照明位置での光線高が決まる光学系であり、
前記各色光の主光線は、前記回転多面鏡の反射面に相互に重なり合わないように、かつ、回転多面鏡の回転方向において異なる角度で前記回転多面鏡に入射し、
前記回転多面鏡で反射された前記各色光の主光線は、互いに異なる角度で前記第２の光学手段に入射した後、前記画像表示パネルの異なる位置に入射し、前記画像表示パネルに前記各色光を帯状に照明することを特徴とする。
【００２１】
本発明による第２のカラー画像表示装置は、赤、緑、青の各色光をそれぞれ射出する光源部と、光源部からの前記各色光が入射し前記各色光をそれぞれ集光する第１の光学手段と、第１の光学手段を射出した前記各色光がそれぞれスポット状に集光された状態で入射し、反射する際に前記各色光を走査する３つの回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの前記各色光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、
前記３つの回転多面鏡は反射面の回転角の位相を異ならせて同軸上に配置されてなり、 前記第２の光学手段は、入射光の入射角度によって照明位置での光線高が決まる光学系であり、
前記３つの回転多面鏡でそれぞれ反射された前記各色光の主光線は、互いに異なる角度で前記第２の光学手段に入射した後、前記画像表示パネルの異なる位置に入射し、前記画像表示パネルに前記各色光を帯状に照明することを特徴とする。
【００２３】
あるいは前記第１〜３のカラー画像表示装置を画像表示部に備え、前記画像表示パネル上の画像を拡大投写可能に設けられた投写光学手段とからなることを特徴とする投写型画像表示装置。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の目的は被照明部（ライトバルブ）の各色毎の同一走査を行う色光走査光学系を提供し、高光利用効率を実現すると共に実用的な価格、小型セットサイズを実現することにある。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の概略構成図である。光源部２０１、集光手段２０２（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系２０３（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル２０４、図にはない画像表示パネル駆動回路２０５からなっている。光源部２０１はそれぞれ矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂを備えた赤色光用光源部２０７、青色光用光源部２０８、緑色光用光源部２０９が配置されてなり、前記矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光は集光手段２０２の色光別集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂに入射する。この入射光は色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂを出射後は第２集光レンズ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂによって、回転多面鏡２１２上の反射面２１３で反射せしめられた後、走査光学系２０３の走査レンズ２１４を経由後画像表示パネル２０４に至る。
【００３３】
ここで回転多面鏡２１２の回転のある瞬間をとらえた場合、図２にあるように１つの反射面２１３上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお互いに重なり合わないよう回転方向について一列に形成される。
【００３４】
そして回転多面鏡２１２は回転軸２１５を中心に図にはないモーターによって回動せしめられている。回転時の出射光の様子を図３を用いて以降説明する。
【００３５】
第１の時点においては回転多面鏡２１２の同一面に赤緑青光とも入射し、図のように青が最も回転方向に大きな角度で反射され、緑光は青光よりもやや小さい角度、赤光はさらに緑光よりも小さな角度で反射せしめられる。このとき走査レンズ２１４には色毎に異なる角度で入射することになり、画像表示パネル２０４上の異なる位置に色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像を図にあるように形成する。このとき走査光学系２０３は入射してくる光の角度によって照明位置での光線高が決まる光学系であることから、上から青、緑、赤の色別に配置される。第１の時点から回転多面鏡２１２が回転した第２の時点においては、赤、緑光については回転多面鏡２１２の同一面に入射するが青光は回転してきた新たな面に入射する。
【００３６】
このとき特に青光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき緑が最も回転方向に大きな角度で反射され、赤光は緑光よりもやや小さい角度、青光はさらに赤光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル２０４上の異なる位置に色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像を図にあるように形成する。このとき上から緑、青、赤の色別に配置されることになる。第２の時点から回転多面鏡２１２が回転した第３の時点においては、赤光のみが第１、第２の時点と同じ反射面に入射するが、緑、青光とも第１の時点のときとは異なる同一の反射面に入射する。このとき特に緑光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。
【００３７】
従ってこのとき赤が最も回転方向に大きな角度で反射され、青光は赤光よりもやや小さい角度、緑光はさらに青光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル２０４上の異なる位置に色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像を図にあるように形成する。このとき上から赤、青、緑の色別に配置されることになる。第３の時点から回転多面鏡２１２が回転した第４の時点においては、赤、青、緑とも同一面に入射する第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル２０４上への照明も同様に繰り返される。同じ様にして第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このようにして画像表示パネル２０４上は各色光が帯状に表示位置を変えて照明されることになる。ここではある時点をとらえて説明したが、回転多面鏡２１２は連続回転していることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上を上から下に連続的に移動することになり、下端に到達した光は上端に跳ね上げられて再度上から下への移動を行うことになる。
【００３８】
前記走査光学系はＦθレンズの機能と画像表示パネル２０４上に適切な照明域を照明するための変倍機能を備えた光学系で形成されている。従って上記記載では色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像を照明位置に形成するとしたが、少なくとも走査方向について言えば色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像と、照明位置での短冊状照明域（カラーバンド）は共役の関係に有るわけではない。
【００３９】
また、画像表示パネル２０４は液晶パネル２１６と、これの両面に備えられた偏光子である入射側偏光板２１７と検光子である出射側偏光板２１８かならり、入射側偏光板２１７はたとえば図４で示す矩形の外形形状の短手方向の偏光方向の光を透過し、これに直交する偏光方向の光を吸収するように設定されているとする。入射側偏光板２１７を透過した光は液晶パネル２１６に入射する。この液晶パネル２１６は外部信号により多数の各画素開口毎に透過光の偏光方向を変えることが出来る。ここでは各画素を駆動しない場合には偏光方向が９０度回転せしめられ、駆動した場合には偏光方向の変化無く透過するものとする。出射側偏光板２１８は入射側偏光板２１７と直交した方向の偏光特性を有する。従って液晶パネル２１６が偏光方向を９０度変えて透過した画素部の光の偏光方向は出射側偏光板２１８の透過軸と一致するためここを透過する。
【００４０】
一方、液晶パネル２１６が偏光方向を変えずに透過した画素部の偏光方向の光は出射側偏光板２１８の透過軸と直交するためここで吸収される。ここで出射側偏光板２１８は紙面に対して手前−奥方向に振動方向（透過軸）を持つように設定されている。このように画像表示パネル２０４上のある画素を照明している色光に合わせた入力信号に応じて、各画素毎に変調を行い画像を形成する。画像表示パネル２０４を透過した光は観察者に至ることで図３に示した走査が高速で行われることから（１フィールドあたり図３にある第１〜第６の時点を実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察することが出来る。
【００４１】
以上の様（回転多面鏡に対して各色光を異なる入射角を持って入射させる）に構成することでカラーフィルターのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用いた場合でもカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現できる。
【００４２】
また走査を回転多面鏡であるポリゴンミラーで行うことで集光された状態の光を走査することになるので反射面を小さく構成することが可能となり、回転多面鏡を小さくできるだけでなくこれを回動せしめるモーターも小型に出来ることから装置全体の小型化、軽量化、コストダウンを実現することが出来る。
【００４３】
この第１の応用例では画像表示パネル２０４は透過型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。
【００４４】
なお、前記実施例において図１に有るように前記回転多面体２１２に向けて入射する各色光の主光線のうち、赤色光の主光線２１９Ｒと緑色光の主光線２１９Ｇとが成す角をθC1、緑色光の主光線２１９Ｇと青色光の主光線２１９Ｂとが成す角をθC2とし、前記回転多面体２１２の一辺あたりの回転角をθP（２π／ｎｎ：面数）とすると以下の関係が成り立っていることが望ましい。
【００４５】
（θC1＋θC2）×３／２≦２×θP
この関係式において不等号の左辺は回転多面体２１２で反射された光の広がりを示すものであり、このとき各色光干渉（各色光毎の主光線を中心とした広がりを持った光が重なりあう）は考慮されていない。同右辺は入射光が回転多面体２１２で走査される角度範囲を示すものであり、上記関係式は入射した光が損失なく回転多面体２１２の走査角の範囲に有ることを示している。
【００４６】
上記実施の形態においては回転多面鏡２１２の反射面２１３に常に斜め入射する構成としたが、図５のように回転多面鏡２１２の回転軸方向に各色光のうち、中央に配置された色光の主光線が入射するようにしながら、前記反射面２１３の短辺方向に角度を持った構成でも同じ機能を果たすことが出来る。ここでは反射面２１３で反射された光は反射型の走査光学系２２０によって画像表示パネル２０４に導かれる。画像表示パネル２０４上の照明に関する動作を図６を用いて説明する
第１の時点においては回転多面鏡２１２の同一面に赤緑青光とも入射し、図のように青が反回転方向に反射され、緑光は走査光学系正面に反射せしめられ、赤光は回転方向に反射せしめられる。このとき走査光学系２２０には色毎に異なる角度で入射することになり、画像表示パネル２０４の異なる位置に走査光学系２２０，集光手段を経て矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光が図にあるように照明域を形成する。このとき右から赤、緑、青の色別に配置される。第１の時点から回転多面鏡２１２が回転した第２の時点においては、青、緑光については回転多面鏡２１２の同一面に入射するが赤光は回転してきた新たな面に入射する。このとき青が走査光学系正面に反射せしめられ、緑光は回転方向に反射せしめられ、赤光は反回転方向に反射される。これにより画像表示パネル２０４上の異なる位置に走査光学系２２０，集光手段を経て矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光が図にあるように照明域を形成する。このとき右から緑、青、赤の色別に配置されることになる。
【００４７】
第２の時点から回転多面鏡２１２が回転した第３の時点においては、青光のみが第１、第２の時点と同じ反射面に入射するが、緑、赤光とも第１の時点のときとは異なる同一の反射面に入射する。このとき青光が回転方向に反射せしめられ、緑光は反回転方向に反射され、赤光は走査光学系正面に反射せしめられる。これにより、画像表示パネル２０４上の異なる位置に査光学系２２０，集光手段を経て矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光が図にあるように照明域を形成する。このとき右から青、赤、緑の色別に配置されることになる。
【００４８】
第３の時点から回転多面鏡２１２が回転した第４の時点においては、赤、青、緑とも同一面に入射する第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル２０４上への照明も同様に繰り返される。同じ様にして第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このようにして画像表示パネル２０４上は各色光が帯状に表示位置を変えて照明されることになる。ここではある時点をとらえて説明したが、回転多面鏡２１２は連続回転していることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上を左から右に連続的に移動することになり、右端に到達した光は左端に跳ね上げられて再度左から右への移動を行うことになる。上記第１〜６の時点の切り替えを同じ時間的間隔で行うことで色ムラ、輝度ムラ、フリッカーの抑えられた照明を行うことができる。
【００４９】
このように構成することで第１の応用例に比べ光学系の高さが大きくなることになるが、全体の構成面積が小さくなることから、装置全体の小型化には有利な場合もあり得る。性能面においては第１の応用例では各色光で第２の集光レンズから回転多面鏡２１２の反射面２１３までの距離が異なることから、反射面２１３上でのスポットの大きさが異なってしまう。一方、この第２の応用例では各色光毎の光路差を小さくおさえることが出来ることからスポットの大きさの違いを最小限におさえて、集光効率を高く維持することが出来る。
【００５０】
次に第２の応用例において更なる高画質化を考慮した第３の応用例について以下に述べる。図７は第３の応用例の概略構成図であり、第１の側面図は光源から回転多面鏡までの構成を示す側面図、第２の側面図は回転多面鏡から画像表示パネルまでの構成を示す側面図である。光源部２２１、集光手段２２２（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系２２３（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル２２４、図にはない画像表示パネル駆動回路２２５からなっている。光源部２２１は電極間の放電によりアークを形成し光を発生する白色光を出射する光源２２６と、光源２２６からの光をその回転対称軸上の一方向に反射するリフレクター２２７とからなり、光源部２２１からの光は集光手段２２２に入射する。この集光手段２２２はインテグレータ光学系２２８、色分解光学系２２９、各色光集光光学系２３０とからなっており、インテグレータ光学系２２８は同形状のマイクロレンズ集合体である第一レンズアレイ２３１と、前記第一レンズアレイ２３１と同形状の第２レンズアレイ２３２と、集光レンズ２３３とからなっている。
【００５１】
これにより前記第一レンズアレイ２３１上のマイクロレンズの像を第１集光レンズ２３４上に重畳することで均一な照明を可能にするものである。ただしインテグレータ光学系２２８からの白色光は第１集光レンズ２３４上に至るまえに色分解光学系２２９に入射する。この色分解光学系は入射光について斜めに配置された青反射ダイクロイックミラー２３５、赤透過ダイクロイックミラー２３６、反射ミラー２３７とからなり、ここに入射した白色光は図にあるように青、緑、赤の各色光に分離された後第１集光レンズ２３４上で重畳するように配置されている。第１集光レンズ２３４を出射した光は第２集光レンズ２３８上の異なる位置に集光される。ここで集光された光は第３集光レンズ２３９によって光路を屈折せしめられ所望の入射角を持って回転多面鏡２４０の反射面２４１に入射する。回転多面鏡２４０は回転軸２４２を中心にして図にはないモーターで回動せしめられている。ここに入射した第３集光レンズ２３９からの光は先に示した第１，２の応用例と同様にして画像表示パネル２２４上を走査する。これ以後の説明は重複するので割愛する。
【００５２】
このようにして第３の応用例によれば色分解を行うことでメタルハライドランプ、高圧水銀灯のような白色光源からの光を効率よく赤、緑、青の色光に分解して第１，２の応用例と同様に利用できる。また、本発明による構成によれば画像表示パネル上を帯状の色光が走査されることから、走査方向については均一性の良い照明を行えるが第１，２の応用例のように光源が均一性の良い物では問題ないが、前述のメタルハライドランプ、高圧水銀灯のような放電管式の光源を用いた場合リフレクターからの光は中心が明るく周辺が暗い分布となって射出されるため、この光源を第１，２の応用例の光学系に用いると画像表示パネルの照明は走査方向と直交する方向においては中心に対して周辺が暗い傾向が出てしまう。
【００５３】
この第３の応用例によればインテグレータ光学系を用いることで一旦均一な明るさの像をつくり、これを投射することにより画像表示パネル走査方向と直交する方向についても明るさ低下のない良好な画像が得られる。
【００５４】
更に図８に第４の応用例を示す。光源部２２１、集光手段２４３（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系２４４（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル２４５、図にはない画像表示パネル駆動回路２４６、投写光学系２４７とからなっている。光源部２２１は電極間の放電によりアークを形成し光を発生する白色光を出射する光源２２６と、光源２２６からの光をその回転対称軸上の一方向に反射し、開口部前方に集光する作用をする反射面が楕円形状からなるリフレクター２４８と光源部２２１のからなり、光源部２２１からの光は集光手段２４３に入射する。この集光手段２４３はコリメータ光学系２４９、インテグレータ光学系２５０、色分解光学系２５１、各色光集光光学系２５２とからなっており、コリメータ光学系２４９は前記リフレクター２４８によって集光された光をおよそ平行光変換する（集光位置までの距離に等しい焦点距離を持つ）コリメーターレンズ２５３からなる。
【００５５】
ここを経た光はインテグレータ光学系２５０に入射する。このインテグレータ光学系２５０は第３の応用例と同様の構成で、同形状のマイクロレンズ集合体である第一レンズアレイ２５４と、前記第一レンズアレイ２５４と同形状の第２レンズアレイ２５５と、集光レンズ２５６とからなっている。これにより前記第一レンズアレイ２５４上のマイクロレンズの像を絞り２５７上に重畳することで均一な照明を可能にするものである。ただしインテグレータ光学系２５０からの白色光は絞り２５７上に至るまえに色分解光学系２５１に入射する。この色分解光学系は入射光について斜めに配置された青反射ダイクロイックミラー２５８、赤反射ダイクロイックミラー２５９、反射ミラー２６０，２６１から構成されており、ここにを経た光は各色光別に異なる絞り２５７上の開口に異なる角度を持って入射し、開口部に入射した光は各色光集光光学系２５２に至る。
【００５６】
この各色光集光光学系２５２は青色光集光レンズ２６２Ｂ、緑色光集光レンズ２６２Ｇ、赤色光集光レンズ２６２Ｒからなっており、これらは前記絞り２５７上の開口に対して適当な偏芯量を与えられていることから所望の入射角をもって回転多面鏡２６３の反射面２６４に入射する。この際、反射面２６４上の各色光は主光線は重なることなく走査方向に間隔を持って配置されるが、集光状態（スポット）は第１の応用例と異なり一部重畳している。ここで色光の重畳しているがあってもここでの関係が照明部にそのまま転写される訳でなく、後に述べる走査光学系は入射角によって照明位置での光線高が決まる構成になっていることから、反射面２６４上で混色していても走査光学系への入射角が異なれば照明部において色分離される。ただし、主光線から離れた隣の色光と重畳する部分の一部の光は反射角が非常に大きくなり、走査光学系で取り込めずに損失となるのでここでの色光の重畳は少ないほうが望ましい。但しこれにより反射面を小さく設定できることから回転多面鏡２６３を小さく設定出来、装置全体の小型化、軽量化に貢献出来る。
【００５７】
走査光学系２４４は回転軸２６５を中心にして図にはないモーターで回動せしめられている。ここに入射した光は先に示した第１，２，３の応用例と同様にして反射されて走査光学系２４４に至る。
【００５８】
この走査光学系２４４は先に述べたように回転多面鏡で走査された光の走査角度域を有効に取り込め、入射角によって入射光を像の高さ方向について異なる位置に集光するＦシーターレンズ２６６とＦシーターレンズ２６６からの光を所望の倍率に変換する変倍レンズ２６７とからなっている。
【００５９】
このようにして走査光学系２４４によって回転多面鏡２６３で走査された各色光は反射型画像表示パネル２４３上を走査する。このときの各色光の走査については第１の応用例と重複するので割愛する。
【００６０】
また、反射型画像表示パネル２４３は入射する光の光路上に備えられた偏光子である入射側偏光板２６９、反射型液晶パネル２６８ 反射された光の光路上に備えられた検光子である出射側偏光板２７０かならなり、入射側偏光板２６９はたとえば図１０で示す矩形の外形形状の短手方向の偏光方向の光を透過し、これに直交する偏光方向の光を吸収するように設定されているとする。入射側偏光板２６９を透過した光は反射型液晶パネル２６８に入射する。この反射型液晶パネル２６８は外部信号により多数の各画素開口毎に透過光の偏光方向を変えることが出来る。ここでは各画素を駆動しない場合には偏光方向が９０度回転せしめられ、駆動した場合には偏光方向の変化無く反射するものとする。出射側偏光板２７０は入射側偏光板２６９と直交した方向の偏光特性を有する。
【００６１】
従って反射型液晶パネル２６８が偏光方向を９０度変えて透過した画素部の光の偏光方向は出射側偏光板２７０の透過軸と一致するためここを透過する。一方反射型液晶パネル２６８が偏光方向を変えずに透過した画素部の偏光方向の光は出射側偏光板２７０の透過軸と直交するためここで吸収される。ここで出射側偏光板２７０は紙面に対して手前−奥方向に振動方向（透過軸）を持つように設定されている。このように反射型液晶パネル２６８上のある画素を照明している色光に合わせた入力信号に応じて、各画素毎に変調を行い画像を形成する。出射側偏光板２７０を透過した光は投写レンズ２７１に入射することから、反射型液晶パネル２６８上の画像を図にはないスクリーン上に拡大投写することが出来る。このとき図９に示した走査が高速で行われることから（１フィールドあたり図３にある第１〜第６の時点を実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察することが出来る。
【００６２】
この第４の応用例では画像表示パネル２４３は反射型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、透過型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。もちろんデバイス仕様に合わせた投写光学系２４３の配置が必要である。
【００６３】
（実施の形態２）
図１１は実施の形態２の概略構成図であり、第１の側面図は光源から回転多面鏡までの構成を示す側面図、第２の側面図は回転多面鏡から画像表示パネルまでの構成を示す側面図である。光源部３０１、集光手段３０２（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系３０３（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル３０４、図にはない画像表示パネル駆動回路３０５からなっている。光源部３０１はそれぞれ矩形の形状からなる光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂを備えた赤色光用光源部３０７、青色光用光源部３０８、緑色光用光源部３０９が配置されてなり、前記矩形の形状からなる光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂからの光は集光手段３０２の色光別集光レンズ３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂに入射する。
【００６４】
この入射光は色光別集光レンズ３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂを出射後は走査光学系３０３の回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂ上の反射面３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂで反射せしめられた後、走査レンズ３０３（請求項で言う第２の光学手段）を経由後画像表示パネル３０４に至る。図にあるように走査レンズ３０３は第２の側面図に示す、走査方向に垂直な方向についても集光作用を備えており、異なる高さで入射する各色光を画像表示パネル３０４上で重畳できるよう設定されている。
【００６５】
ここで回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂはそれぞれ同形状のものを回転中心から見た反射面に相当する角度（３６０度／面数）の１／３づつ周期をずらして同軸上に設けられており、図にはないモーターで回転せしめられる。回転のある瞬間をとらえた場合、図１２にあるように反射面３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂ上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお互いに重なり合わないよう回転軸と平行な方向について一列に形成される。回転多面鏡回転時の出射光の様子を図１３を用いて以降説明する。第１の時点において赤色光は回転多面鏡３１１Ｒの反射面３１２Ｒに入射し、緑色光は回転多面鏡３１１Ｇの反射面３１２Ｇに入射し、青色光は回転多面鏡３１１Ｂの反射面３１２Ｂに入射し図のように緑が最も回転方向に大きな角度で反射され、赤光は緑光よりもやや小さい角度、青光はさらに赤光よりも小さな角度で反射せしめられる。
【００６６】
このとき走査レンズ３０には色毎に異なる角度で入射することになり、画像表示パネル３０４上の異なる位置に光源部３０１の光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を図にあるように形成する。このとき上から緑、赤、青の色別に配置される。第１の時点から回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂが回転した第２の時点においては、赤、青光については第１の時点同様に回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｂに入射するが緑光は回転してきた新たな面に入射する。このとき特に緑光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき赤が最も回転方向に大きな角度で反射され、青光は赤光よりもやや小さい角度、緑光はさらに青光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル３０４上の異なる位置に光源部３０１の光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を図にあるように形成する。
【００６７】
このとき上から赤、青、緑の色別に配置されることになる。第２の時点から回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂが回転した第３の時点においては、青光については第１、２の時点同様の反射面に入射するが、赤についても回転してきた新たな面に入射する。このとき特に赤光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき青が最も回転方向に大きな角度で反射され、緑光は青光よりもやや小さい角度、赤光はさらに緑光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル３０４上の異なる位置に光源部３０１の光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を図にあるように形成する。このとき上から青、緑、赤の色別に配置されることになる。第３の時点から回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂが回転した第４の時点においては、第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル２０４上への照明も同様に繰り返される。
【００６８】
同じ様にして第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このようにして画像表示パネル２０４上は各色光が帯状に表示位置を変えて照明されることになる。ここではある時点をとらえて説明したが、回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂは連続回転していることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上を上から下に連続的に移動することになり、下端に到達した光は上端に跳ね上げられて再度上から下への移動を行うことになる。
【００６９】
また、画像表示パネル３０４は液晶パネル３１３と、これの両面に備えられた偏光子である入射側偏光板３１４と検光子である出射側偏光板３１５かならり、入射側偏光板３１４はたとえば図４で示した矩形の外形形状の短手方向の偏光方向の光を透過し、これに直交する偏光方向の光を吸収するものと同様に設定されているとする。入射側偏光板３１４を透過した光は液晶パネル３１３に入射する。この液晶パネル３１３は外部信号により多数の各画素開口毎に透過光の偏光方向を変えることが出来る。ここでは各画素を駆動しない場合には偏光方向が９０度回転せしめられ、駆動した場合には偏光方向の変化無く透過するものとする。出射側偏光板３１５は入射側偏光板３１４と直交した方向の偏光特性を有する。従って液晶パネル３１３が偏光方向を９０度変えて透過した画素部の光の偏光方向は出射側偏光板３１５の透過軸と一致するためここを透過する。
【００７０】
一方液晶パネル３１３が偏光方向を変えずに透過した画素部の偏光方向の光は出射側偏光板３１５の透過軸と直交するためここで吸収される。ここで出射側偏光板３１５は紙面に対して手前−奥方向に振動方向（透過軸）を持つように設定されている。このように画像表示パネル３０４上のある画素を照明している色光に合わせた入力信号に応じて、各画素毎に変調を行い画像を形成する。画像表示パネル３０４を透過した光は観察者に至ることで図１３に示した走査が高速で行われることから（１フィールドあたり図１３にある第１〜第６の時点を実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察することが出来る。
【００７１】
以上の様に本実施の形態においてもカラーフィルターのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用いた場合でもカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現できる。
【００７２】
また走査を本実施の形態でも回転多面鏡であるポリゴンミラーで行うことで集光された状態の光を走査することになるので反射面を小さく構成することが可能となり、回転多面鏡を小さくできるだけでなくこれを回動せしめるモーターも小型に出来ることから装置全体の小型化、軽量化、コストダウンを実現することが出来る。
【００７３】
実施の形態２での構成においては実施の形態１に比べて回転多面鏡部が単純に３倍の高さになってしまう、部品点数が増えると言った劣る点もあるが、回転多面鏡の反射面１つの大きさは単色光のスポットをおよそ満足できる大きさが有れば良いことから、反射面を最小１／３の面積（回転方向について長さ１／３）に出来、同じ走査角での使用を考える場合には回転多面鏡の大きさ（回転方向の面上において）を１／３に構成できることから、装置全体の構成において部品の配置によっては本実施の形態により構成するほうが望ましい場合もあると考えられる。ただし反射面を小さくする際には反射面とスポットの関係でスポット径に対して反射面の回転方向の余裕がないと次の反射面にかかる光が有効利用できない場合があるので考慮が必要である。
【００７４】
この上記実施例でも画像表示パネル３０４は透過型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。
【００７５】
本実施例においても実施の形態１同様に画像表示パネルを透過（反射型画像表示パネル時は反射）した光を取り込む位置に配置され、画像表示パネル上の画像を拡大投写出来る投写光学系を配置することで、大画面映像を実現できる。
【００７６】
ここでも図７，図１０にあったように光源部を赤、緑、青の各色光を含む白色光を出射する光源と、入射した白色光を赤、緑、青の各色光に分離する色分解光学系とで構成しても同様の機能を果たせることは言うまでもない。さらにインテグレータ光学系についても実施の形態１と同様に高画質化のための有効な手段として応用可能である。
【００７７】
また、実施の形態２での上記実施例については色光別集光レンズ３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂによって光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を画像表示パネル上に拡大投影される光学構成としたが、光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を色光別集光レンズ３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂによって形成し（このときの基本的に回転多面鏡上の光源像と画像表示パネル有効部は相似形）、これを拡大して画像表示パネル上に転写して赤、緑、青の像を重畳する走査光学系とすることで構成することも可能である。
【００７８】
（実施の形態３）
図１４は実施の形態３の概略構成図であり、上段図は光源から回転多面鏡までの構成を示す上面図、下段図は回転多面鏡から画像表示パネルまでの構成を示す上面図、側面図は中央の緑の光路について見た側面図である。
【００７９】
光源部４０１、集光手段４０２（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系４０３（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル４０４、図にはない画像表示パネル駆動回路４０５からなっている。光源部４０１は電極間の放電によりアークを形成し光を発生する白色光を出射する光源４０６と、光源４０６からの光を開口部前部、回転対称軸上の一点（焦点位置）に集光する楕円の反射面形状からなるリフレクター４０７とからなり、光源部４０１からの光は集光手段４０２に入射する。この集光手段４０２はコリメータ光学系４０８、インテグレータ光学系４０９、色分解合成光学系４１０、各色光光軸シフト光学系４１１とからなっており、コリメータ光学系４０８は焦点位置を前記リフレクター４０７の集光位置にもつレンズであり、ここでおよそ平行光に変換されて光はインテグレータ光学系４０９に至る。
【００８０】
これは同形状のマイクロレンズ集合体である第一レンズアレ４１２と、前記第一レンズアレイ４１２と同形状の第２レンズアレイ４１３と、集光レンズ４１４とからなっている。これにより前記第一レンズアレイ４１２上のマイクロレンズの像を各色光用の回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ上に重畳することで均一な照明を可能にするものである。ただしインテグレータ光学系４０９からの白色光は回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ上に至るまえに色分解合成光学系４１０に入射する。この色分解合成光学系４１０は入射光について斜めに配置された赤反射ダイクロイックミラー４１６、青反射ダイクロイックミラー４１７とからなり、ここに入射した白色光は図にあるように青、緑、赤の各色光に分離された後回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ上で重畳するように配置されている。回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂは回転軸４１８Ｒ、４１８Ｇ、４１８Ｂを中心にして図にはないモーターで回動せしめられており、しかも各色光の回転多面鏡の反射面に対する入射位置はそれぞれ異なっており、角度位相をずらして設定されている。ここでは回転多面体の一辺あたりの回転角θPの１／３だけずらして設定されている。
【００８１】
ここに入射した光は各反射面で反射される。たとえば赤光は回転多面鏡４１５Ｒの反射面で反射された後に、再度色分解合成光学系４１０に入射する。このとき再度赤反射ダイクロイックミラー４１６で反射されて走査光学系４０３に入射する。緑光は回転多面鏡４１５Ｇの反射面で反射された後に、再度色分解合成光学系４１０に入射する。このとき再度赤反射ダイクロイックミラー４１６、青反射ダイクロイックミラー４１７を透過したて走査光学系４０３に入射する。青光は回転多面鏡４１５Ｂの反射面で反射された後に、再度色分解合成光学系４１０に入射する。このとき再度青反射ダイクロイックミラー４１７で反射されて走査光学系４０３に入射する。走査光学系は回転多面鏡で走査された光を画像表示パネル４０４上に導くためにＦシーターレンズと、走査角と回転多面鏡上の像の大きさと画像表示パネル４０４の有効部の大きさを合わせるための変倍機能を備えた光学系である。このようにして各色光は先に示した実施の形態２と同様にして画像表示パネル４０４上を走査する。これ以後の説明は重複するので割愛する。（図１２参照）
また、画像表示パネル４０４は液晶パネル４１９と、これの両面に備えられた偏光子である入射側偏光板４２０と検光子である出射側偏光板４２１かならり、実施の形態２の画像表示パネル３０４と同様なものとして作用については割愛する。したがって実施の形態２同様に画像表示パネル４０４を透過した光は観察者に至ることで図１３と同様の走査が高速で行われることから（１フィールドあたり図１３にある第１〜第６の時点を実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察することが出来る。
【００８２】
以上の様に本実施の形態においてもカラーフィルターのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用いた場合でもカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現できる。
【００８３】
また走査を本実施の形態でも回転多面鏡であるポリゴンミラーで行うことで集光された状態の光を走査することになるので反射面を小さく構成することが可能となり、回転多面鏡を小さくできるだけでなくこれを回動せしめるモーターも小型に出来ることから装置全体の小型化、軽量化、コストダウンを実現することが出来る。
【００８４】
実施の形態３での構成においては実施の形態１に比べて回転多面鏡部が３つに増えることにより部品点数が増えると言った劣る点があり、実施の形態１，２での構成においては装置全体の大型化すると言った問題点があるが、色分解合成光学系で各色光の光軸を合わせられることから各色光の軸あわせのための光学系が不要となる。また実施の形態１に比較した場合には実施の形態２と同じ理由から回転多面鏡の反射面を小さすることによる回転多面鏡の小型化可能性がある。
【００８５】
この上記実施例でも画像表示パネル３０４は透過型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。
【００８６】
上記実施例において前記各色光について回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ上に形成された２次光源像から走査光学系４０３に入射する各色光の主光線と最外光の成す角を広がり角θOP1とすると（各色光とも等しく設定）、前記回転多面体の一辺あたりの回転角θPとの間に以下の関係が成り立つことが望ましい。
【００８７】
２×θOP1≦θP／３
このとき説明に記述した各色光用の回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂの回転方向の角度的位相が１／３周期（θP／３）づつずれていることが前提条件になることは言うまでもない。
【００８８】
本実施例においても実施の形態１同様に画像表示パネルを透過（反射型画像表示パネル時は反射）した光を取り込む位置に配置され、画像表示パネル上の画像を拡大投写出来る投写光学系を配置することで、大画面映像を実現できる。
【００８９】
また、実施の形態３での上記実施例についてはインテグレータ光学系４０９によって形成された２次光源像（このときの基本的に回転多面鏡上の光源像と画像表示パネル有効部は相似形）としたが、実施の形態２の様に２次光源像を回転多面等の入射前に形成してこれを拡大投射する光学系を形成し、その間に回転多面鏡を配置する構成でも構成可能なことは言うまでもない。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように本発明によればカラーフィルターを持たず、各色光専用の画素を持たないライトバルブを用いてカラー表示を行うことが可能となることで高解像度表示を可能にするだけでなく、白色光源を用いた場合には常に赤、緑、青の色光を表示していることから光源からの光利用の高効率化を実現することが出来る。 しかも回転多面鏡を用いて走査光学系を構成することで、小型・低コストに画像表示装置、投写型画像表示装置を提供することが出来る。
【００９１】
また表示デバイス（ライトバルブ）については透過、反射型を問わず応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１、第１の応用例全体構成図
【図２】実施の形態１、第１の応用例回転多面鏡部拡大図
【図３】実施の形態１、第１の応用例各色光画像表示パネル走査説明図
【図４】実施の形態１、第１の応用例画像表示パネル構成図
【図５】実施の形態１、第２の応用例全体構成図
【図６】実施の形態１、第２の応用例各色光画像表示パネル走査説明図
【図７】実施の形態１、第３の応用例全体構成図
【図８】実施の形態１、第４の応用例全体構成図
【図９】実施の形態１、第４の応用例回転多面鏡部拡大図
【図１０】実施の形態１、第４の応用例画像表示パネル部説明図
【図１１】実施の形態２の全体構成図
【図１２】実施の形態２の回転多面鏡部拡大図
【図１３】実施の形態２の各色光画像表示パネル走査説明図
【図１４】実施の形態３の全体構成図
【図１５】従来のマイクロレンズによる単板式投写型画像表示装置構成図
【図１６】従来のマイクロレンズによる単板式投写型画像表示装置の表示パネル部拡大図
【図１７】従来の走査光学系による単板式投写型画像表示装置構成図
【図１８】従来の走査光学系による単板式投写型画像表示装置構成図の色分解部拡大図
【符号の説明】
１００ 投写型画像装置
１０１、１２０、２０１、２２１、３０１、４０１ 光源部
１０２、１２３ ライトバルブ
１０３ 照明装置
１０４、２５９、４１６ 赤反射ダイクロイックミラー
１０５ 緑反射ダイクロイックミラー
１０６、２３７、２６０、２６１ 反射ミラー
１０７、２２９、２５１ 色分解光学系
１０８、２７１ 投写レンズ
１０９、１１０、１１１ 光軸
１１２ コンデンサーレンズ
１１３、２１７、２６９、３１４、４２０ 入射側偏光板
１１４ 赤色用画素開口
１１５ 緑色用画素開口
１１６ 青色用画素開口
１１７ マイクロレンズ
１１８ マイクロレンズアレイ
１１９、２１８、２７０、３１５、４２１ 出射側偏光板
１２１ 色分解光学系
１２２ 照明部
１２４、２２０、２２３、２４４ 走査光学系
１２５ ライトバルブ駆動回路
１２６ スクリーン
２０２、２２２、２４５、３０２、４０２ 集光手段
２０３、３０３、４０３ 走査光学系
２０４、２２４、２４５、３０４、４０４ 画像表示パネル
２０５、２２５、２４６、３０５、４０５ 画像表示パネル駆動回路
２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ、３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂ 光射出部
２０７、３０７ 赤色光用光源部
２０８、３０８ 青色光用光源部
２０９、３０９ 緑色光用光源部
２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂ 色光別第１集光レンズ
２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ２３８ 第２集光レンズ
２１２、２４０、２６３、３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂ、４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ 回転多面鏡
２１３、２４５、２６４、３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂ 反射面
２１４ 走査レンズ
２１５、２６５、４１８Ｒ、４１８Ｇ、４１８Ｂ 回転軸
２１６、３１３、４１９ 液晶パネル
２１９Ｒ、２１９Ｇ、２１９Ｂ 各色光主光線
２２６、４０６ 光源
２２７、２４８、４０７ リフレクター
２２８、２５０、４０９ インテグレータ光学系
２３０、２５２ 各色光集光光学系
２３１、２５４ 第一レンズアレイ
２３２、２５５ 第２レンズアレイ
２３３、２５６ 集光レンズ
２３４ 第１集光レンズ
２３５、２５８、４１７ 青反射ダイクロイックミラー
２３６ 赤透過ダイクロイックミラー
２３９ 第３集光レンズ
２４９、４０８ コリメータ光学系
２５３ コリメーターレンズ
２５７ 絞り
２６２Ｂ 青色光集光レンズ
２６２Ｇ 緑色光集光レンズ
２６２Ｒ 赤色光集光レンズ
２６６ Ｆシーターレンズ
２６７ 変倍レンズ
２６８ 反射型液晶パネル
３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂ 色光別集光レンズ
４１０ 色分解合成光学系
４１１ 各色光光軸シフト光学系
【発明の属する技術分野】
本発明は変調手段であるライトバルブ１枚でカラー表示を行う画像表示装置、あるいは投写型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在大型映像市場の主力である液晶プロジェクターとは液晶パネル（ライトバルブ）の画像を光源ランプと集光・投写レンズを用いてスクリーン上に拡大、結像させるものである。現在実用化されている方式は３板式と単板式の大きく２つに分けることが出来る。
【０００３】
前者の３板式液晶プロジェクターは白色光源からの光を色分解光学系により赤緑青の３原色の色光に分光した後、それらの光を３枚のモノクロ液晶パネルにより変調し、３原色の画像を形成する。これらの画像は色合成光学系で合成されて１つの投写レンズでスクリーン上に投写される。この方式はランプの全スペクトルを利用できるため光利用率は高いが３枚の液晶パネル、色分解色合成光学系、液晶パネル間のコンバージェンス調整機構を必要とするため比較的高価である。
【０００４】
これに対し従来の単板式液晶プロジェクターはモザイク状のカラーフィルター付き液晶パネルを単純にスクリーンに拡大投写するだけなのでコンパクトで低価格である。しかしながらこの方式では光源からの白色光のうち、色選択手段であるカラーフィルターにおいて不要な色光を吸収することによって所望の色を得ているため液晶パネルに入射した白色光は１／３以下しか透過せず光利用率が低い。光源を明るくすることは表示画像の明るさを向上させる１つの方法であるがカラーフィルターの光吸収による発熱及び耐光性に対する問題が残されており、高輝度化を図る上で大きな障害となっている。
【０００５】
近年この単板式においてカラーフィルターに依る光ロスをなくす手段としてカラーフィルターの代わりにダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイによって光利用率を高めた新しい構成が提案され、商品化もなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここでダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイを用いた高効率単板型について説明する。図１５は従来例の構成図、図１６はライトバルブ詳細図である。投写型画像装置１００は光源部１０１からの白色光をライトバルブ１０２有効域上に照射する照明装置１０３と、照明装置１０３からの白色光を赤反射ダイクロイックミラー１０４、緑反射ダイクロイックミラー１０５、全反射ミラー１０６に斜めに入射せしめることで赤、緑、青の３原色を水平方向に分解後ライトバルブ１０２有効域上に導く色分解光学系１０７、１つの素子で赤、緑、青の各色光に対する入力信号に対しそれぞれ独立して入射光を変調できる各色用画素を水平方向に配列してからなる透過型ライトバルブ１０２と、投写レンズ１０８とからなっている。
【０００７】
光源１０１から射出された白色光は照明装置１０３により色分解光学系１０７に導かれる。ここに入射した光のうち赤色光は入射光に対し斜めに設けられた赤反射ダイクロイックミラー１０４により反射され光軸１０９上を進む。赤反射ダイクロイックミラー１０４を透過した光のうち緑色光は入射光に対し斜めに設けられた緑反射ダイクロイックミラー１０５により反射され光軸１１０上を進み、ここを透過した青色光は反射ミラー１０６に入射後反射せしめられ光軸１１１上を進む。コンデンサーレンズ１１２を透過した光軸１０９上の赤色光，光軸１１０上の緑色光、光軸１１１上の青色光は透過型ライトバルブ１０２に至る。
【０００８】
透過型ライトバルブ１０２の入射面側には偏光子である入射側偏光板１１３が設けられており入射光のうち、任意の偏光方向の光のみがここを透過する。透過光は水平方向に赤色用画素開口１１４、緑色用画素開口１１５、青色用画素開口１１６の幅に相当する大きさからなるマイクロレンズ１１７の集合体であるマイクロレンズアレイ１１８に入射する。ここに入射した光軸１０９を進み入射角θ１をもって斜めに前記マイクロレンズ１１７に入射した赤色光は赤色用画素開口１１４に集光せしめられ、光軸１１０を進み主光線が正面から前記マイクロレンズ１１７に入射した緑色光は緑色用画素開口１１５に集光せしめられ、光軸１１１を進み赤色光とは逆方向から入射角θ１をもって斜めに前記マイクロレンズ１１７に入射した青色光は赤色用画素開口１１６に集光せしめられる。ここを透過した光は透過型ライトバルブ１０２の出射面に設けられた出射側偏光板１１９に入射する。
【０００９】
この出射側偏光板１１９は偏光軸が入射側偏光板１１３と直交していることから、白表示されるべき画素部においては液晶層において偏光方向がおよそ９０度変換されることからここを透過して投写レンズ１０８に至る。黒表示されるべき画素部においては液晶層において偏光方向が変換されないことからここで吸収されて投写レンズ１０８に至らず黒表示となる。この偏光方向の変換を画素単位で行い画像表示を行っている。
【００１０】
このように光利用率を高めた新しい構成の単板方式では光源からの光を無駄にすることなく３板方式に近い高光利用効率を実現することが出来る。
【００１１】
しかしながらこの構成においてマイクロレンズから画素開口への絞り角の半角をθ２、赤または青光の主光線が画素開口に入射する入射角をθ３とすると投写レンズ要求されるＦナンバーは１／（２ｓｉｎ（θ２＋θ３））より小さく、明るいレンズが求められる。（実際にはＦ１．０〜Ｆ１．５）
これにより単板方式として表示デバイスは１枚となっても投写レンズの大型化、高コスト化が発生し、３板式に対する優位性が明確でないのが実状である。
【００１２】
さらには光源からの色光を各色光毎に対応した画素に導くため、高解像度を実現するに画像表示パネルには必要解像度の３倍の解像度が要求され、高コスト化を招き、透過型ライトバルブを用いた場合は透過率が低下してしまう。さらには解像度が低い場合や大きく拡大した画像においては赤緑青の色が分離して見えてしまいコンバージェンスのずれたような画質劣化を招いてしまう。
【００１３】
この課題解決について特開平４−３１６２９６号公報が提案を行っているので以下説明する。この表示装置は図１７にあるように白色光を発する光源部１２０と、光源からの光を赤、緑、青の各色光に分解する色分解光学系１２１と色分解光学系部からの光を帯状に形成する３つの方形の開口部を持つ開口板からなる照明部１２２と、照明部からの異なる色光を単一ライトバルブ１２３（表示パネル）上にそれぞれ走査せしめる走査光学系１２４、各色光で照明した単一ライトバルブ上の各部分をアドレスして、当該部分が当該色光に応じた情報を提供すると共に当該色光を当該情報により変調するライトバルブ駆動回路１２５（図にはない）を備えている。
【００１４】
前記照明部の色分解光学系１２２は図１８にあるように、ダイクロイックミラーと反射ミラーからなっており、光源からの白色光を赤、緑、青の色光として隣接した形で出射する。また、前記走査光学系１２４はライトバルブ１２３を横切って照明の帯域を移動せしめる。ある色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域の最上端を越えて通過すると、その色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域の最下端に再び現れる。従って、ライトバルブ１２３有効域の全域のわたって赤、緑、青各色光の連続走査が可能となる。
【００１５】
各色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域上の所定の画素群を通過するに当たり、その行はその色光に対する適切な情報によってアドレスされている。これはライトバルブの各行が表示すべき映像信号の各フィールド毎に３回アドレスされることを意味する。個別の行にそれぞれ書き込む情報は表示すべき画像のその部分の色情報に応じたものになっている。
【００１６】
前記ライトバルブ１２３からの光は投写レンズ１２５によって拡大投写されることから、図にはないスクリーン１２６上に拡大画像を提供する。
【００１７】
このように構成することで白色光源からの光をほぼ３原色として損失なく使えることから光利用効率を高く出来ると共に、ライトバルブ上の同一画素で赤緑青表示が出来ることから、先に示した先行例にあった色ずれもなく高画質映像を提供すると言うものである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
以上に示した構成においては、照明部からの各色光は前記４面プリズムへ入射面と出射面を透過するがこのとき光束は絞られないことから前記４面プリズムの端部有効部の大きさを小さくできないことによりプリズムは大きく、重くなる。
【００１９】
またこれを回動せしめる強力なモーターを必要とすることからセットの大型化、高価格化を招く。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明による第１のカラー画像表示装置は赤、緑、青の各色光をそれぞれ射出する光源部と、前記光源部からの光が入射し前記各色光をそれぞれ集光する第１の光学手段と、第１の光学手段を射出した前記各色光がそれぞれスポット状に集光された状態で入射し、反射する際に前記各色光を走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの前記各色光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、
前記第２の光学手段は、入射光の入射角度によって照明位置での光線高が決まる光学系であり、
前記各色光の主光線は、前記回転多面鏡の反射面に相互に重なり合わないように、かつ、回転多面鏡の回転方向において異なる角度で前記回転多面鏡に入射し、
前記回転多面鏡で反射された前記各色光の主光線は、互いに異なる角度で前記第２の光学手段に入射した後、前記画像表示パネルの異なる位置に入射し、前記画像表示パネルに前記各色光を帯状に照明することを特徴とする。
【００２１】
本発明による第２のカラー画像表示装置は、赤、緑、青の各色光をそれぞれ射出する光源部と、光源部からの前記各色光が入射し前記各色光をそれぞれ集光する第１の光学手段と、第１の光学手段を射出した前記各色光がそれぞれスポット状に集光された状態で入射し、反射する際に前記各色光を走査する３つの回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの前記各色光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、
前記３つの回転多面鏡は反射面の回転角の位相を異ならせて同軸上に配置されてなり、 前記第２の光学手段は、入射光の入射角度によって照明位置での光線高が決まる光学系であり、
前記３つの回転多面鏡でそれぞれ反射された前記各色光の主光線は、互いに異なる角度で前記第２の光学手段に入射した後、前記画像表示パネルの異なる位置に入射し、前記画像表示パネルに前記各色光を帯状に照明することを特徴とする。
【００２３】
あるいは前記第１〜３のカラー画像表示装置を画像表示部に備え、前記画像表示パネル上の画像を拡大投写可能に設けられた投写光学手段とからなることを特徴とする投写型画像表示装置。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の目的は被照明部（ライトバルブ）の各色毎の同一走査を行う色光走査光学系を提供し、高光利用効率を実現すると共に実用的な価格、小型セットサイズを実現することにある。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の概略構成図である。光源部２０１、集光手段２０２（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系２０３（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル２０４、図にはない画像表示パネル駆動回路２０５からなっている。光源部２０１はそれぞれ矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂを備えた赤色光用光源部２０７、青色光用光源部２０８、緑色光用光源部２０９が配置されてなり、前記矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光は集光手段２０２の色光別集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂに入射する。この入射光は色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂを出射後は第２集光レンズ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂによって、回転多面鏡２１２上の反射面２１３で反射せしめられた後、走査光学系２０３の走査レンズ２１４を経由後画像表示パネル２０４に至る。
【００３３】
ここで回転多面鏡２１２の回転のある瞬間をとらえた場合、図２にあるように１つの反射面２１３上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお互いに重なり合わないよう回転方向について一列に形成される。
【００３４】
そして回転多面鏡２１２は回転軸２１５を中心に図にはないモーターによって回動せしめられている。回転時の出射光の様子を図３を用いて以降説明する。
【００３５】
第１の時点においては回転多面鏡２１２の同一面に赤緑青光とも入射し、図のように青が最も回転方向に大きな角度で反射され、緑光は青光よりもやや小さい角度、赤光はさらに緑光よりも小さな角度で反射せしめられる。このとき走査レンズ２１４には色毎に異なる角度で入射することになり、画像表示パネル２０４上の異なる位置に色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像を図にあるように形成する。このとき走査光学系２０３は入射してくる光の角度によって照明位置での光線高が決まる光学系であることから、上から青、緑、赤の色別に配置される。第１の時点から回転多面鏡２１２が回転した第２の時点においては、赤、緑光については回転多面鏡２１２の同一面に入射するが青光は回転してきた新たな面に入射する。
【００３６】
このとき特に青光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき緑が最も回転方向に大きな角度で反射され、赤光は緑光よりもやや小さい角度、青光はさらに赤光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル２０４上の異なる位置に色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像を図にあるように形成する。このとき上から緑、青、赤の色別に配置されることになる。第２の時点から回転多面鏡２１２が回転した第３の時点においては、赤光のみが第１、第２の時点と同じ反射面に入射するが、緑、青光とも第１の時点のときとは異なる同一の反射面に入射する。このとき特に緑光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。
【００３７】
従ってこのとき赤が最も回転方向に大きな角度で反射され、青光は赤光よりもやや小さい角度、緑光はさらに青光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル２０４上の異なる位置に色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像を図にあるように形成する。このとき上から赤、青、緑の色別に配置されることになる。第３の時点から回転多面鏡２１２が回転した第４の時点においては、赤、青、緑とも同一面に入射する第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル２０４上への照明も同様に繰り返される。同じ様にして第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このようにして画像表示パネル２０４上は各色光が帯状に表示位置を変えて照明されることになる。ここではある時点をとらえて説明したが、回転多面鏡２１２は連続回転していることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上を上から下に連続的に移動することになり、下端に到達した光は上端に跳ね上げられて再度上から下への移動を行うことになる。
【００３８】
前記走査光学系はＦθレンズの機能と画像表示パネル２０４上に適切な照明域を照明するための変倍機能を備えた光学系で形成されている。従って上記記載では色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像を照明位置に形成するとしたが、少なくとも走査方向について言えば色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂの像と、照明位置での短冊状照明域（カラーバンド）は共役の関係に有るわけではない。
【００３９】
また、画像表示パネル２０４は液晶パネル２１６と、これの両面に備えられた偏光子である入射側偏光板２１７と検光子である出射側偏光板２１８かならり、入射側偏光板２１７はたとえば図４で示す矩形の外形形状の短手方向の偏光方向の光を透過し、これに直交する偏光方向の光を吸収するように設定されているとする。入射側偏光板２１７を透過した光は液晶パネル２１６に入射する。この液晶パネル２１６は外部信号により多数の各画素開口毎に透過光の偏光方向を変えることが出来る。ここでは各画素を駆動しない場合には偏光方向が９０度回転せしめられ、駆動した場合には偏光方向の変化無く透過するものとする。出射側偏光板２１８は入射側偏光板２１７と直交した方向の偏光特性を有する。従って液晶パネル２１６が偏光方向を９０度変えて透過した画素部の光の偏光方向は出射側偏光板２１８の透過軸と一致するためここを透過する。
【００４０】
一方、液晶パネル２１６が偏光方向を変えずに透過した画素部の偏光方向の光は出射側偏光板２１８の透過軸と直交するためここで吸収される。ここで出射側偏光板２１８は紙面に対して手前−奥方向に振動方向（透過軸）を持つように設定されている。このように画像表示パネル２０４上のある画素を照明している色光に合わせた入力信号に応じて、各画素毎に変調を行い画像を形成する。画像表示パネル２０４を透過した光は観察者に至ることで図３に示した走査が高速で行われることから（１フィールドあたり図３にある第１〜第６の時点を実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察することが出来る。
【００４１】
以上の様（回転多面鏡に対して各色光を異なる入射角を持って入射させる）に構成することでカラーフィルターのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用いた場合でもカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現できる。
【００４２】
また走査を回転多面鏡であるポリゴンミラーで行うことで集光された状態の光を走査することになるので反射面を小さく構成することが可能となり、回転多面鏡を小さくできるだけでなくこれを回動せしめるモーターも小型に出来ることから装置全体の小型化、軽量化、コストダウンを実現することが出来る。
【００４３】
この第１の応用例では画像表示パネル２０４は透過型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。
【００４４】
なお、前記実施例において図１に有るように前記回転多面体２１２に向けて入射する各色光の主光線のうち、赤色光の主光線２１９Ｒと緑色光の主光線２１９Ｇとが成す角をθC1、緑色光の主光線２１９Ｇと青色光の主光線２１９Ｂとが成す角をθC2とし、前記回転多面体２１２の一辺あたりの回転角をθP（２π／ｎｎ：面数）とすると以下の関係が成り立っていることが望ましい。
【００４５】
（θC1＋θC2）×３／２≦２×θP
この関係式において不等号の左辺は回転多面体２１２で反射された光の広がりを示すものであり、このとき各色光干渉（各色光毎の主光線を中心とした広がりを持った光が重なりあう）は考慮されていない。同右辺は入射光が回転多面体２１２で走査される角度範囲を示すものであり、上記関係式は入射した光が損失なく回転多面体２１２の走査角の範囲に有ることを示している。
【００４６】
上記実施の形態においては回転多面鏡２１２の反射面２１３に常に斜め入射する構成としたが、図５のように回転多面鏡２１２の回転軸方向に各色光のうち、中央に配置された色光の主光線が入射するようにしながら、前記反射面２１３の短辺方向に角度を持った構成でも同じ機能を果たすことが出来る。ここでは反射面２１３で反射された光は反射型の走査光学系２２０によって画像表示パネル２０４に導かれる。画像表示パネル２０４上の照明に関する動作を図６を用いて説明する
第１の時点においては回転多面鏡２１２の同一面に赤緑青光とも入射し、図のように青が反回転方向に反射され、緑光は走査光学系正面に反射せしめられ、赤光は回転方向に反射せしめられる。このとき走査光学系２２０には色毎に異なる角度で入射することになり、画像表示パネル２０４の異なる位置に走査光学系２２０，集光手段を経て矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光が図にあるように照明域を形成する。このとき右から赤、緑、青の色別に配置される。第１の時点から回転多面鏡２１２が回転した第２の時点においては、青、緑光については回転多面鏡２１２の同一面に入射するが赤光は回転してきた新たな面に入射する。このとき青が走査光学系正面に反射せしめられ、緑光は回転方向に反射せしめられ、赤光は反回転方向に反射される。これにより画像表示パネル２０４上の異なる位置に走査光学系２２０，集光手段を経て矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光が図にあるように照明域を形成する。このとき右から緑、青、赤の色別に配置されることになる。
【００４７】
第２の時点から回転多面鏡２１２が回転した第３の時点においては、青光のみが第１、第２の時点と同じ反射面に入射するが、緑、赤光とも第１の時点のときとは異なる同一の反射面に入射する。このとき青光が回転方向に反射せしめられ、緑光は反回転方向に反射され、赤光は走査光学系正面に反射せしめられる。これにより、画像表示パネル２０４上の異なる位置に査光学系２２０，集光手段を経て矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光が図にあるように照明域を形成する。このとき右から青、赤、緑の色別に配置されることになる。
【００４８】
第３の時点から回転多面鏡２１２が回転した第４の時点においては、赤、青、緑とも同一面に入射する第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル２０４上への照明も同様に繰り返される。同じ様にして第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このようにして画像表示パネル２０４上は各色光が帯状に表示位置を変えて照明されることになる。ここではある時点をとらえて説明したが、回転多面鏡２１２は連続回転していることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上を左から右に連続的に移動することになり、右端に到達した光は左端に跳ね上げられて再度左から右への移動を行うことになる。上記第１〜６の時点の切り替えを同じ時間的間隔で行うことで色ムラ、輝度ムラ、フリッカーの抑えられた照明を行うことができる。
【００４９】
このように構成することで第１の応用例に比べ光学系の高さが大きくなることになるが、全体の構成面積が小さくなることから、装置全体の小型化には有利な場合もあり得る。性能面においては第１の応用例では各色光で第２の集光レンズから回転多面鏡２１２の反射面２１３までの距離が異なることから、反射面２１３上でのスポットの大きさが異なってしまう。一方、この第２の応用例では各色光毎の光路差を小さくおさえることが出来ることからスポットの大きさの違いを最小限におさえて、集光効率を高く維持することが出来る。
【００５０】
次に第２の応用例において更なる高画質化を考慮した第３の応用例について以下に述べる。図７は第３の応用例の概略構成図であり、第１の側面図は光源から回転多面鏡までの構成を示す側面図、第２の側面図は回転多面鏡から画像表示パネルまでの構成を示す側面図である。光源部２２１、集光手段２２２（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系２２３（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル２２４、図にはない画像表示パネル駆動回路２２５からなっている。光源部２２１は電極間の放電によりアークを形成し光を発生する白色光を出射する光源２２６と、光源２２６からの光をその回転対称軸上の一方向に反射するリフレクター２２７とからなり、光源部２２１からの光は集光手段２２２に入射する。この集光手段２２２はインテグレータ光学系２２８、色分解光学系２２９、各色光集光光学系２３０とからなっており、インテグレータ光学系２２８は同形状のマイクロレンズ集合体である第一レンズアレイ２３１と、前記第一レンズアレイ２３１と同形状の第２レンズアレイ２３２と、集光レンズ２３３とからなっている。
【００５１】
これにより前記第一レンズアレイ２３１上のマイクロレンズの像を第１集光レンズ２３４上に重畳することで均一な照明を可能にするものである。ただしインテグレータ光学系２２８からの白色光は第１集光レンズ２３４上に至るまえに色分解光学系２２９に入射する。この色分解光学系は入射光について斜めに配置された青反射ダイクロイックミラー２３５、赤透過ダイクロイックミラー２３６、反射ミラー２３７とからなり、ここに入射した白色光は図にあるように青、緑、赤の各色光に分離された後第１集光レンズ２３４上で重畳するように配置されている。第１集光レンズ２３４を出射した光は第２集光レンズ２３８上の異なる位置に集光される。ここで集光された光は第３集光レンズ２３９によって光路を屈折せしめられ所望の入射角を持って回転多面鏡２４０の反射面２４１に入射する。回転多面鏡２４０は回転軸２４２を中心にして図にはないモーターで回動せしめられている。ここに入射した第３集光レンズ２３９からの光は先に示した第１，２の応用例と同様にして画像表示パネル２２４上を走査する。これ以後の説明は重複するので割愛する。
【００５２】
このようにして第３の応用例によれば色分解を行うことでメタルハライドランプ、高圧水銀灯のような白色光源からの光を効率よく赤、緑、青の色光に分解して第１，２の応用例と同様に利用できる。また、本発明による構成によれば画像表示パネル上を帯状の色光が走査されることから、走査方向については均一性の良い照明を行えるが第１，２の応用例のように光源が均一性の良い物では問題ないが、前述のメタルハライドランプ、高圧水銀灯のような放電管式の光源を用いた場合リフレクターからの光は中心が明るく周辺が暗い分布となって射出されるため、この光源を第１，２の応用例の光学系に用いると画像表示パネルの照明は走査方向と直交する方向においては中心に対して周辺が暗い傾向が出てしまう。
【００５３】
この第３の応用例によればインテグレータ光学系を用いることで一旦均一な明るさの像をつくり、これを投射することにより画像表示パネル走査方向と直交する方向についても明るさ低下のない良好な画像が得られる。
【００５４】
更に図８に第４の応用例を示す。光源部２２１、集光手段２４３（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系２４４（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル２４５、図にはない画像表示パネル駆動回路２４６、投写光学系２４７とからなっている。光源部２２１は電極間の放電によりアークを形成し光を発生する白色光を出射する光源２２６と、光源２２６からの光をその回転対称軸上の一方向に反射し、開口部前方に集光する作用をする反射面が楕円形状からなるリフレクター２４８と光源部２２１のからなり、光源部２２１からの光は集光手段２４３に入射する。この集光手段２４３はコリメータ光学系２４９、インテグレータ光学系２５０、色分解光学系２５１、各色光集光光学系２５２とからなっており、コリメータ光学系２４９は前記リフレクター２４８によって集光された光をおよそ平行光変換する（集光位置までの距離に等しい焦点距離を持つ）コリメーターレンズ２５３からなる。
【００５５】
ここを経た光はインテグレータ光学系２５０に入射する。このインテグレータ光学系２５０は第３の応用例と同様の構成で、同形状のマイクロレンズ集合体である第一レンズアレイ２５４と、前記第一レンズアレイ２５４と同形状の第２レンズアレイ２５５と、集光レンズ２５６とからなっている。これにより前記第一レンズアレイ２５４上のマイクロレンズの像を絞り２５７上に重畳することで均一な照明を可能にするものである。ただしインテグレータ光学系２５０からの白色光は絞り２５７上に至るまえに色分解光学系２５１に入射する。この色分解光学系は入射光について斜めに配置された青反射ダイクロイックミラー２５８、赤反射ダイクロイックミラー２５９、反射ミラー２６０，２６１から構成されており、ここにを経た光は各色光別に異なる絞り２５７上の開口に異なる角度を持って入射し、開口部に入射した光は各色光集光光学系２５２に至る。
【００５６】
この各色光集光光学系２５２は青色光集光レンズ２６２Ｂ、緑色光集光レンズ２６２Ｇ、赤色光集光レンズ２６２Ｒからなっており、これらは前記絞り２５７上の開口に対して適当な偏芯量を与えられていることから所望の入射角をもって回転多面鏡２６３の反射面２６４に入射する。この際、反射面２６４上の各色光は主光線は重なることなく走査方向に間隔を持って配置されるが、集光状態（スポット）は第１の応用例と異なり一部重畳している。ここで色光の重畳しているがあってもここでの関係が照明部にそのまま転写される訳でなく、後に述べる走査光学系は入射角によって照明位置での光線高が決まる構成になっていることから、反射面２６４上で混色していても走査光学系への入射角が異なれば照明部において色分離される。ただし、主光線から離れた隣の色光と重畳する部分の一部の光は反射角が非常に大きくなり、走査光学系で取り込めずに損失となるのでここでの色光の重畳は少ないほうが望ましい。但しこれにより反射面を小さく設定できることから回転多面鏡２６３を小さく設定出来、装置全体の小型化、軽量化に貢献出来る。
【００５７】
走査光学系２４４は回転軸２６５を中心にして図にはないモーターで回動せしめられている。ここに入射した光は先に示した第１，２，３の応用例と同様にして反射されて走査光学系２４４に至る。
【００５８】
この走査光学系２４４は先に述べたように回転多面鏡で走査された光の走査角度域を有効に取り込め、入射角によって入射光を像の高さ方向について異なる位置に集光するＦシーターレンズ２６６とＦシーターレンズ２６６からの光を所望の倍率に変換する変倍レンズ２６７とからなっている。
【００５９】
このようにして走査光学系２４４によって回転多面鏡２６３で走査された各色光は反射型画像表示パネル２４３上を走査する。このときの各色光の走査については第１の応用例と重複するので割愛する。
【００６０】
また、反射型画像表示パネル２４３は入射する光の光路上に備えられた偏光子である入射側偏光板２６９、反射型液晶パネル２６８ 反射された光の光路上に備えられた検光子である出射側偏光板２７０かならなり、入射側偏光板２６９はたとえば図１０で示す矩形の外形形状の短手方向の偏光方向の光を透過し、これに直交する偏光方向の光を吸収するように設定されているとする。入射側偏光板２６９を透過した光は反射型液晶パネル２６８に入射する。この反射型液晶パネル２６８は外部信号により多数の各画素開口毎に透過光の偏光方向を変えることが出来る。ここでは各画素を駆動しない場合には偏光方向が９０度回転せしめられ、駆動した場合には偏光方向の変化無く反射するものとする。出射側偏光板２７０は入射側偏光板２６９と直交した方向の偏光特性を有する。
【００６１】
従って反射型液晶パネル２６８が偏光方向を９０度変えて透過した画素部の光の偏光方向は出射側偏光板２７０の透過軸と一致するためここを透過する。一方反射型液晶パネル２６８が偏光方向を変えずに透過した画素部の偏光方向の光は出射側偏光板２７０の透過軸と直交するためここで吸収される。ここで出射側偏光板２７０は紙面に対して手前−奥方向に振動方向（透過軸）を持つように設定されている。このように反射型液晶パネル２６８上のある画素を照明している色光に合わせた入力信号に応じて、各画素毎に変調を行い画像を形成する。出射側偏光板２７０を透過した光は投写レンズ２７１に入射することから、反射型液晶パネル２６８上の画像を図にはないスクリーン上に拡大投写することが出来る。このとき図９に示した走査が高速で行われることから（１フィールドあたり図３にある第１〜第６の時点を実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察することが出来る。
【００６２】
この第４の応用例では画像表示パネル２４３は反射型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、透過型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。もちろんデバイス仕様に合わせた投写光学系２４３の配置が必要である。
【００６３】
（実施の形態２）
図１１は実施の形態２の概略構成図であり、第１の側面図は光源から回転多面鏡までの構成を示す側面図、第２の側面図は回転多面鏡から画像表示パネルまでの構成を示す側面図である。光源部３０１、集光手段３０２（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系３０３（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル３０４、図にはない画像表示パネル駆動回路３０５からなっている。光源部３０１はそれぞれ矩形の形状からなる光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂを備えた赤色光用光源部３０７、青色光用光源部３０８、緑色光用光源部３０９が配置されてなり、前記矩形の形状からなる光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂからの光は集光手段３０２の色光別集光レンズ３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂに入射する。
【００６４】
この入射光は色光別集光レンズ３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂを出射後は走査光学系３０３の回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂ上の反射面３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂで反射せしめられた後、走査レンズ３０３（請求項で言う第２の光学手段）を経由後画像表示パネル３０４に至る。図にあるように走査レンズ３０３は第２の側面図に示す、走査方向に垂直な方向についても集光作用を備えており、異なる高さで入射する各色光を画像表示パネル３０４上で重畳できるよう設定されている。
【００６５】
ここで回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂはそれぞれ同形状のものを回転中心から見た反射面に相当する角度（３６０度／面数）の１／３づつ周期をずらして同軸上に設けられており、図にはないモーターで回転せしめられる。回転のある瞬間をとらえた場合、図１２にあるように反射面３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂ上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお互いに重なり合わないよう回転軸と平行な方向について一列に形成される。回転多面鏡回転時の出射光の様子を図１３を用いて以降説明する。第１の時点において赤色光は回転多面鏡３１１Ｒの反射面３１２Ｒに入射し、緑色光は回転多面鏡３１１Ｇの反射面３１２Ｇに入射し、青色光は回転多面鏡３１１Ｂの反射面３１２Ｂに入射し図のように緑が最も回転方向に大きな角度で反射され、赤光は緑光よりもやや小さい角度、青光はさらに赤光よりも小さな角度で反射せしめられる。
【００６６】
このとき走査レンズ３０には色毎に異なる角度で入射することになり、画像表示パネル３０４上の異なる位置に光源部３０１の光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を図にあるように形成する。このとき上から緑、赤、青の色別に配置される。第１の時点から回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂが回転した第２の時点においては、赤、青光については第１の時点同様に回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｂに入射するが緑光は回転してきた新たな面に入射する。このとき特に緑光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき赤が最も回転方向に大きな角度で反射され、青光は赤光よりもやや小さい角度、緑光はさらに青光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル３０４上の異なる位置に光源部３０１の光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を図にあるように形成する。
【００６７】
このとき上から赤、青、緑の色別に配置されることになる。第２の時点から回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂが回転した第３の時点においては、青光については第１、２の時点同様の反射面に入射するが、赤についても回転してきた新たな面に入射する。このとき特に赤光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき青が最も回転方向に大きな角度で反射され、緑光は青光よりもやや小さい角度、赤光はさらに緑光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル３０４上の異なる位置に光源部３０１の光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を図にあるように形成する。このとき上から青、緑、赤の色別に配置されることになる。第３の時点から回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂが回転した第４の時点においては、第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル２０４上への照明も同様に繰り返される。
【００６８】
同じ様にして第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このようにして画像表示パネル２０４上は各色光が帯状に表示位置を変えて照明されることになる。ここではある時点をとらえて説明したが、回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂは連続回転していることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上を上から下に連続的に移動することになり、下端に到達した光は上端に跳ね上げられて再度上から下への移動を行うことになる。
【００６９】
また、画像表示パネル３０４は液晶パネル３１３と、これの両面に備えられた偏光子である入射側偏光板３１４と検光子である出射側偏光板３１５かならり、入射側偏光板３１４はたとえば図４で示した矩形の外形形状の短手方向の偏光方向の光を透過し、これに直交する偏光方向の光を吸収するものと同様に設定されているとする。入射側偏光板３１４を透過した光は液晶パネル３１３に入射する。この液晶パネル３１３は外部信号により多数の各画素開口毎に透過光の偏光方向を変えることが出来る。ここでは各画素を駆動しない場合には偏光方向が９０度回転せしめられ、駆動した場合には偏光方向の変化無く透過するものとする。出射側偏光板３１５は入射側偏光板３１４と直交した方向の偏光特性を有する。従って液晶パネル３１３が偏光方向を９０度変えて透過した画素部の光の偏光方向は出射側偏光板３１５の透過軸と一致するためここを透過する。
【００７０】
一方液晶パネル３１３が偏光方向を変えずに透過した画素部の偏光方向の光は出射側偏光板３１５の透過軸と直交するためここで吸収される。ここで出射側偏光板３１５は紙面に対して手前−奥方向に振動方向（透過軸）を持つように設定されている。このように画像表示パネル３０４上のある画素を照明している色光に合わせた入力信号に応じて、各画素毎に変調を行い画像を形成する。画像表示パネル３０４を透過した光は観察者に至ることで図１３に示した走査が高速で行われることから（１フィールドあたり図１３にある第１〜第６の時点を実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察することが出来る。
【００７１】
以上の様に本実施の形態においてもカラーフィルターのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用いた場合でもカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現できる。
【００７２】
また走査を本実施の形態でも回転多面鏡であるポリゴンミラーで行うことで集光された状態の光を走査することになるので反射面を小さく構成することが可能となり、回転多面鏡を小さくできるだけでなくこれを回動せしめるモーターも小型に出来ることから装置全体の小型化、軽量化、コストダウンを実現することが出来る。
【００７３】
実施の形態２での構成においては実施の形態１に比べて回転多面鏡部が単純に３倍の高さになってしまう、部品点数が増えると言った劣る点もあるが、回転多面鏡の反射面１つの大きさは単色光のスポットをおよそ満足できる大きさが有れば良いことから、反射面を最小１／３の面積（回転方向について長さ１／３）に出来、同じ走査角での使用を考える場合には回転多面鏡の大きさ（回転方向の面上において）を１／３に構成できることから、装置全体の構成において部品の配置によっては本実施の形態により構成するほうが望ましい場合もあると考えられる。ただし反射面を小さくする際には反射面とスポットの関係でスポット径に対して反射面の回転方向の余裕がないと次の反射面にかかる光が有効利用できない場合があるので考慮が必要である。
【００７４】
この上記実施例でも画像表示パネル３０４は透過型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。
【００７５】
本実施例においても実施の形態１同様に画像表示パネルを透過（反射型画像表示パネル時は反射）した光を取り込む位置に配置され、画像表示パネル上の画像を拡大投写出来る投写光学系を配置することで、大画面映像を実現できる。
【００７６】
ここでも図７，図１０にあったように光源部を赤、緑、青の各色光を含む白色光を出射する光源と、入射した白色光を赤、緑、青の各色光に分離する色分解光学系とで構成しても同様の機能を果たせることは言うまでもない。さらにインテグレータ光学系についても実施の形態１と同様に高画質化のための有効な手段として応用可能である。
【００７７】
また、実施の形態２での上記実施例については色光別集光レンズ３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂによって光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を画像表示パネル上に拡大投影される光学構成としたが、光射出部３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂの像を色光別集光レンズ３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂによって形成し（このときの基本的に回転多面鏡上の光源像と画像表示パネル有効部は相似形）、これを拡大して画像表示パネル上に転写して赤、緑、青の像を重畳する走査光学系とすることで構成することも可能である。
【００７８】
（実施の形態３）
図１４は実施の形態３の概略構成図であり、上段図は光源から回転多面鏡までの構成を示す上面図、下段図は回転多面鏡から画像表示パネルまでの構成を示す上面図、側面図は中央の緑の光路について見た側面図である。
【００７９】
光源部４０１、集光手段４０２（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系４０３（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル４０４、図にはない画像表示パネル駆動回路４０５からなっている。光源部４０１は電極間の放電によりアークを形成し光を発生する白色光を出射する光源４０６と、光源４０６からの光を開口部前部、回転対称軸上の一点（焦点位置）に集光する楕円の反射面形状からなるリフレクター４０７とからなり、光源部４０１からの光は集光手段４０２に入射する。この集光手段４０２はコリメータ光学系４０８、インテグレータ光学系４０９、色分解合成光学系４１０、各色光光軸シフト光学系４１１とからなっており、コリメータ光学系４０８は焦点位置を前記リフレクター４０７の集光位置にもつレンズであり、ここでおよそ平行光に変換されて光はインテグレータ光学系４０９に至る。
【００８０】
これは同形状のマイクロレンズ集合体である第一レンズアレ４１２と、前記第一レンズアレイ４１２と同形状の第２レンズアレイ４１３と、集光レンズ４１４とからなっている。これにより前記第一レンズアレイ４１２上のマイクロレンズの像を各色光用の回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ上に重畳することで均一な照明を可能にするものである。ただしインテグレータ光学系４０９からの白色光は回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ上に至るまえに色分解合成光学系４１０に入射する。この色分解合成光学系４１０は入射光について斜めに配置された赤反射ダイクロイックミラー４１６、青反射ダイクロイックミラー４１７とからなり、ここに入射した白色光は図にあるように青、緑、赤の各色光に分離された後回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ上で重畳するように配置されている。回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂは回転軸４１８Ｒ、４１８Ｇ、４１８Ｂを中心にして図にはないモーターで回動せしめられており、しかも各色光の回転多面鏡の反射面に対する入射位置はそれぞれ異なっており、角度位相をずらして設定されている。ここでは回転多面体の一辺あたりの回転角θPの１／３だけずらして設定されている。
【００８１】
ここに入射した光は各反射面で反射される。たとえば赤光は回転多面鏡４１５Ｒの反射面で反射された後に、再度色分解合成光学系４１０に入射する。このとき再度赤反射ダイクロイックミラー４１６で反射されて走査光学系４０３に入射する。緑光は回転多面鏡４１５Ｇの反射面で反射された後に、再度色分解合成光学系４１０に入射する。このとき再度赤反射ダイクロイックミラー４１６、青反射ダイクロイックミラー４１７を透過したて走査光学系４０３に入射する。青光は回転多面鏡４１５Ｂの反射面で反射された後に、再度色分解合成光学系４１０に入射する。このとき再度青反射ダイクロイックミラー４１７で反射されて走査光学系４０３に入射する。走査光学系は回転多面鏡で走査された光を画像表示パネル４０４上に導くためにＦシーターレンズと、走査角と回転多面鏡上の像の大きさと画像表示パネル４０４の有効部の大きさを合わせるための変倍機能を備えた光学系である。このようにして各色光は先に示した実施の形態２と同様にして画像表示パネル４０４上を走査する。これ以後の説明は重複するので割愛する。（図１２参照）
また、画像表示パネル４０４は液晶パネル４１９と、これの両面に備えられた偏光子である入射側偏光板４２０と検光子である出射側偏光板４２１かならり、実施の形態２の画像表示パネル３０４と同様なものとして作用については割愛する。したがって実施の形態２同様に画像表示パネル４０４を透過した光は観察者に至ることで図１３と同様の走査が高速で行われることから（１フィールドあたり図１３にある第１〜第６の時点を実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察することが出来る。
【００８２】
以上の様に本実施の形態においてもカラーフィルターのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用いた場合でもカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現できる。
【００８３】
また走査を本実施の形態でも回転多面鏡であるポリゴンミラーで行うことで集光された状態の光を走査することになるので反射面を小さく構成することが可能となり、回転多面鏡を小さくできるだけでなくこれを回動せしめるモーターも小型に出来ることから装置全体の小型化、軽量化、コストダウンを実現することが出来る。
【００８４】
実施の形態３での構成においては実施の形態１に比べて回転多面鏡部が３つに増えることにより部品点数が増えると言った劣る点があり、実施の形態１，２での構成においては装置全体の大型化すると言った問題点があるが、色分解合成光学系で各色光の光軸を合わせられることから各色光の軸あわせのための光学系が不要となる。また実施の形態１に比較した場合には実施の形態２と同じ理由から回転多面鏡の反射面を小さすることによる回転多面鏡の小型化可能性がある。
【００８５】
この上記実施例でも画像表示パネル３０４は透過型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。
【００８６】
上記実施例において前記各色光について回転多面鏡４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ上に形成された２次光源像から走査光学系４０３に入射する各色光の主光線と最外光の成す角を広がり角θOP1とすると（各色光とも等しく設定）、前記回転多面体の一辺あたりの回転角θPとの間に以下の関係が成り立つことが望ましい。
【００８７】
２×θOP1≦θP／３
このとき説明に記述した各色光用の回転多面鏡３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂの回転方向の角度的位相が１／３周期（θP／３）づつずれていることが前提条件になることは言うまでもない。
【００８８】
本実施例においても実施の形態１同様に画像表示パネルを透過（反射型画像表示パネル時は反射）した光を取り込む位置に配置され、画像表示パネル上の画像を拡大投写出来る投写光学系を配置することで、大画面映像を実現できる。
【００８９】
また、実施の形態３での上記実施例についてはインテグレータ光学系４０９によって形成された２次光源像（このときの基本的に回転多面鏡上の光源像と画像表示パネル有効部は相似形）としたが、実施の形態２の様に２次光源像を回転多面等の入射前に形成してこれを拡大投射する光学系を形成し、その間に回転多面鏡を配置する構成でも構成可能なことは言うまでもない。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように本発明によればカラーフィルターを持たず、各色光専用の画素を持たないライトバルブを用いてカラー表示を行うことが可能となることで高解像度表示を可能にするだけでなく、白色光源を用いた場合には常に赤、緑、青の色光を表示していることから光源からの光利用の高効率化を実現することが出来る。 しかも回転多面鏡を用いて走査光学系を構成することで、小型・低コストに画像表示装置、投写型画像表示装置を提供することが出来る。
【００９１】
また表示デバイス（ライトバルブ）については透過、反射型を問わず応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１、第１の応用例全体構成図
【図２】実施の形態１、第１の応用例回転多面鏡部拡大図
【図３】実施の形態１、第１の応用例各色光画像表示パネル走査説明図
【図４】実施の形態１、第１の応用例画像表示パネル構成図
【図５】実施の形態１、第２の応用例全体構成図
【図６】実施の形態１、第２の応用例各色光画像表示パネル走査説明図
【図７】実施の形態１、第３の応用例全体構成図
【図８】実施の形態１、第４の応用例全体構成図
【図９】実施の形態１、第４の応用例回転多面鏡部拡大図
【図１０】実施の形態１、第４の応用例画像表示パネル部説明図
【図１１】実施の形態２の全体構成図
【図１２】実施の形態２の回転多面鏡部拡大図
【図１３】実施の形態２の各色光画像表示パネル走査説明図
【図１４】実施の形態３の全体構成図
【図１５】従来のマイクロレンズによる単板式投写型画像表示装置構成図
【図１６】従来のマイクロレンズによる単板式投写型画像表示装置の表示パネル部拡大図
【図１７】従来の走査光学系による単板式投写型画像表示装置構成図
【図１８】従来の走査光学系による単板式投写型画像表示装置構成図の色分解部拡大図
【符号の説明】
１００ 投写型画像装置
１０１、１２０、２０１、２２１、３０１、４０１ 光源部
１０２、１２３ ライトバルブ
１０３ 照明装置
１０４、２５９、４１６ 赤反射ダイクロイックミラー
１０５ 緑反射ダイクロイックミラー
１０６、２３７、２６０、２６１ 反射ミラー
１０７、２２９、２５１ 色分解光学系
１０８、２７１ 投写レンズ
１０９、１１０、１１１ 光軸
１１２ コンデンサーレンズ
１１３、２１７、２６９、３１４、４２０ 入射側偏光板
１１４ 赤色用画素開口
１１５ 緑色用画素開口
１１６ 青色用画素開口
１１７ マイクロレンズ
１１８ マイクロレンズアレイ
１１９、２１８、２７０、３１５、４２１ 出射側偏光板
１２１ 色分解光学系
１２２ 照明部
１２４、２２０、２２３、２４４ 走査光学系
１２５ ライトバルブ駆動回路
１２６ スクリーン
２０２、２２２、２４５、３０２、４０２ 集光手段
２０３、３０３、４０３ 走査光学系
２０４、２２４、２４５、３０４、４０４ 画像表示パネル
２０５、２２５、２４６、３０５、４０５ 画像表示パネル駆動回路
２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ、３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂ 光射出部
２０７、３０７ 赤色光用光源部
２０８、３０８ 青色光用光源部
２０９、３０９ 緑色光用光源部
２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂ 色光別第１集光レンズ
２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ２３８ 第２集光レンズ
２１２、２４０、２６３、３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂ、４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ 回転多面鏡
２１３、２４５、２６４、３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂ 反射面
２１４ 走査レンズ
２１５、２６５、４１８Ｒ、４１８Ｇ、４１８Ｂ 回転軸
２１６、３１３、４１９ 液晶パネル
２１９Ｒ、２１９Ｇ、２１９Ｂ 各色光主光線
２２６、４０６ 光源
２２７、２４８、４０７ リフレクター
２２８、２５０、４０９ インテグレータ光学系
２３０、２５２ 各色光集光光学系
２３１、２５４ 第一レンズアレイ
２３２、２５５ 第２レンズアレイ
２３３、２５６ 集光レンズ
２３４ 第１集光レンズ
２３５、２５８、４１７ 青反射ダイクロイックミラー
２３６ 赤透過ダイクロイックミラー
２３９ 第３集光レンズ
２４９、４０８ コリメータ光学系
２５３ コリメーターレンズ
２５７ 絞り
２６２Ｂ 青色光集光レンズ
２６２Ｇ 緑色光集光レンズ
２６２Ｒ 赤色光集光レンズ
２６６ Ｆシーターレンズ
２６７ 変倍レンズ
２６８ 反射型液晶パネル
３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂ 色光別集光レンズ
４１０ 色分解合成光学系
４１１ 各色光光軸シフト光学系
Claims (9)
- 赤、緑、青の各色光をそれぞれ射出する光源部と、前記光源部からの前記各色光が入射し前記各色光をそれぞれ集光する第１の光学手段と、前記第１の光学手段を射出した前記各色光がそれぞれスポット状に集光された状態で入射し、反射する際に前記各色光を走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの前記各色光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、
前記第２の光学手段は、入射光の入射角度によって照明位置での光線高が決まる光学系であり、
前記各色光の主光線は、前記回転多面鏡の反射面に相互に重なり合わないように、かつ、回転多面鏡の回転方向において異なる角度で前記回転多面鏡に入射し、
前記回転多面鏡で反射された前記各色光の主光線は、互いに異なる角度で前記第２の光学手段に入射した後、前記画像表示パネルの異なる位置に入射し、前記画像表示パネルに前記各色光を帯状に照明することを特徴とするカラー画像表示装置。 - 赤、緑、青の各色光をそれぞれ射出する光源部と、前記光源部からの前記各色光が入射し前記各色光をそれぞれ集光する第１の光学手段と、前記第１の光学手段を射出した前記各色光がそれぞれスポット状に集光された状態で入射し、反射する際に前記各色光を走査する３つの回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの前記各色光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、
前記３つの回転多面鏡は反射面の回転角の位相を異ならせて同軸上に配置されてなり、 前記第２の光学手段は、入射光の入射角度によって照明位置での光線高が決まる光学系であり、
前記３つの回転多面鏡でそれぞれ反射された前記各色光の主光線は、互いに異なる角度で前記第２の光学手段に入射した後、前記画像表示パネルの異なる位置に入射し、前記画像表示パネルに前記各色光を帯状に照明することを特徴とするカラー画像表示装置。 - 画像表示部に請求項１または２に記載のカラー画像表示装置を備え、前記画像表示パネル上の画像を拡大投写可能に設けられた投写光学手段とからなることを特徴とする投写型画像表示装置。
- 前記光源部は、赤、緑、青の各色光を含む白色光を出射する光源部と、入射した白色光を赤、緑、青の各色光に分離する色分解光学系とからなることを特徴とする請求項１または２に記載のカラー画像表示装置。
- 前記光源部には、インテグレータ光学系が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載のカラー画像表示装置。
- 前記第２の光学手段はＦシーターレンズを含む光学系からなることを特徴とする請求項１または２に記載のカラー画像表示装置。
- 前記画像表示パネルは透過型ライトバルブであることを特徴とする請求項１または２に記載のカラー画像表示装置。
- 前記画像表示パネルは反射型ライトバルブであることを特徴とする請求項１または２に記載のカラー画像表示装置。
- 前記回転多面体に向けて入射する色光の主光線のうち、第１の色光の主光線と第２の色光の主光線とが成す角をθC1、第２の色の主光線光と第３の色光の主光線とが成す角をθC2とし（第２の色光が第１、第３の色光間にあるとする）、前記回転多面体の一辺あたりの回転角をθPとすると以下の関係が成り立つことを特徴とする請求項１記載のカラー画像表示装置。
（θC1＋θC2）×３／２≦２×θP
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